Demande de stage dans le cadre de la mention

Spécialité Ecologie, Biodiversité et Evolution
Proposition de stage M2 (2007-2008)
Titre du stage : Origine métabolique de différence de composition isotopique (13C/12C) entre
organes hétérotrophes et autotrophes : comparaison de plantes protéagineuse et oléagineuse.
Laboratoire d’accueil :
Laboratoire : Ecologie, Systématique et Evolution ESE, UMR 8079 (Directeur : Paul Leadley)
Département: Ecophysiologie Végétale (Responsable : Eric Dufrène)
Groupe : Photosynthèse et Environnement (Responsable : Jaleh Ghashghaie)
Responsable du stage :
Nom : Ghashghaie
Prénom : Jaleh
Tél : 01 69 15 63 59
Fax : 01 69 15 72 38
Email : [email protected]
HDR : oui
Thèse dirigées : Gianni Fila (1996, bourse italienne), Muriel Duranceau (2000, bourse MESR),
Guillaume Tcherkez (2004, bourse ENS), Camille Bathellier (2e année, bourse MESR).
Références dans le domaine (exemples de publications avec les Thésards Encadrés):
2007
2005
2004
2003
2001
1999
Bathellier C., Badeck F-W., Couzi P., Harscoët S., Mauve C. & Ghashghaie J. – Divergence in
13C of organic matter and respired CO2 during transition between autotrophy and heterotrophy
in Phaseolus vulgaris L. New Phytologist (sous-presse).
Badeck F-W., Tcherkez G., Nogués S., Piel C. & Ghashghaie J. – Post-photosynthetic
fractionation of stable carbon isotopes between plant organs-a widespread phenomenon. Rapid
Communication in Mass Spectrometry, 19: 1381-1391.
Tcherkez G., Farquhar G., Badeck F-W. & Ghashghaie J. – Theoretical considerations about
carbon isotope distribution in glucose of C3 plants. Functional Plant Biology, 31: 857- 877.
Tcherkez G., Noguès S, Bleton J., Cornic G., Badeck F-W. & Ghashghaie J. – Metabolic origin
of carbon isotope composition of leaf dark-respired CO2 in Phaseolus vulgaris L. Plant
Physiology 131:237-244.
Duranceau M., Ghashghaie J. & E. Brugnoli – Carbon Isotope discrimination during
photosynthesis and dark respiration in intact leaves of Nicotiana sylvestris: comparison between
wild type and mitochondrial mutant plants. Australian Journal of Plant Physiology, 28: 65-71.
Duranceau M., Ghashghaie J., Badeck F-W., Deléens E. & Cornic G. – 13C of leaf
carbohydrates in relation to dark respiration in Phaseolus vulgaris L.under progressive drought.
Plant Cell  Environment 22:515-523.
Description du stage :
Contexte: Les plantes discriminent contre l’isotope lourd du carbone (13C) et fixent
relativement plus d’isotope léger (12C) lors de l’assimilation photosynthétique du CO2. Cette
discrimination est environ 20‰ chez les plantes en C3, mais change avec la fermeture
stomatique due aux variations des facteurs environnementaux. La discrimination
photosynthétique est bien étudiée, par contre l’articulation entre le carbone assimilé par les
feuilles et son allocation aux différents pools et organes et son utilisation par la respiration des
différents organes ainsi que les discriminations post-photosynthétiques sont mal connues.
Notre groupe est le premier à avoir démontré l’existence d’une discrimination
isotopique lors de la respiration foliaire à l’obscurité (Duranecau et al. 1999 ; Ghashghaie et al.
2001 ; Tcherkez et al. 2003), le CO2 rejeté étant enrichi en 13C (13C ≈ -20‰) par rapport aux
substrats respiratoires foliaires (13C ≈ -26‰). La discrimination respiratoire tendrait à
appauvrir en 13C la matière organique foliaire restante comparée aux produits
photosynthétiques (Ghashghaie et al. 2003). De nombreuses données dans la littérature
montrent que les feuilles (autotrophes) sont appauvries en 13C comparées aux organes
hétérotrophes (racines, tiges, etc.). Plusieurs hypothèses sont formulées pour expliquer cette
différence, par exemple (i) une discrimination lors de l’exportation/transport des assimilats des
feuilles vers les autres organes, et/ou (ii) une discrimination respiratoire opposée entre les
feuilles et les organes hétérotrophes. Nous avons en effet montré une discrimination
respiratoire racinaire opposée à celle des feuilles, le CO2 respiré par les racines étant appauvri
en 13C (13C ≈ -29‰) par rapport aux substrats respiratoires racinaires (13C ≈ -27‰). Cette
discrimination tendrait à enrichir en 13C la matière organique racinaire comparée aux produits
photosynthétiques foliaires exportés vers les racines (Badeck et al. 2005).
Au cours du stage M2 et de Thèse de C. Bathellier nous avons pu montrer, chez les
plants de haricot, que (i) tous les organes avaient une signature isotopique similaire au cours de
la germination, cette signature n’étant pas significativement différente de celle des graines de
départ, et que (ii) les différences entre organes n’apparaissaient qu’à partir de l’acquisition de
l’autotrophie foliaire (Bathellier et al. 2007). Nous avons également montré que l’apparition de
ces différences coïncidait avec une divergence dans la signature isotopique du CO2 respiré entre
feuilles (autotrophes) et racines (hétérotrophes).
Nous avons déjà montré que le signal isotopique du CO2 respiré dépendait de la nature
du substrat utilisé (glucides, lipides ou protéines) et des voies métaboliques empruntées par la
respiration (Tcherkez et al. 2003). Une question importante se pose : Quelle est l’origine
métabolique de la différence de discrimination respiratoire entre organes autotrophe et
hétérotrophe ? Etant donné que les modèles de bilan carboné à l’échelle de l’écosystème ne
prennent pas en compte la discrimination isotopique respiratoire encore moins la différence
entre organes, l’étude que nous proposons apporterait des informations d’ordre
écophysiologique pour améliorer les sorties de ces modèles.
Programme de recherche : Nous proposons de suivre les variations de la signature isotopique
de la matière organique totale ainsi que celle des métabolites (carbohydrates, lipides, protéines)
et celle du CO2 respiré par différents organes d’une plante oléagineuse (arachide), depuis la
germination des graines jusqu’à la maturation des premières feuilles. On pourra ainsi
déterminer quand la signature isotopique des organes est différentiée. La mesure du quotient
respiratoire simultanément à celle de la signature du CO2 respiré permettrait de déterminer
l’origine métabolique du CO2 respiré par les organes hétérotrophes et autotrophes. Les résultats
seront comparés à ceux déjà obtenus sur une plante protéagineuse (le haricot).
Méthodologie : Analyses isotopiques de la matière organique et des métabolites à l’aide du
spectromètre de masse isotopique (IRMS), extraction et purification des métabolites (les sucres
solubles par la HPLC), la signature du CO2 respiré est mesuré en-ligne (système de respiration
couplé au IRMS), quotient respiratoire (CO2 dégagé/O2 consommé) à l’aide d’un analyseur du
CO2 à infra-rouge (IRGA) et une électrode à O2.
Ce stage M2 peut-il se poursuivre par une thèse ? OUI : le sujet sera déposé à l’école doctorale.